(57)【要約】【課題】作業部をアクチュエータブロックから取り外しているときには先端の電気作用部に対する通電を防止する。【解決手段】医療用マニピュレータ１０は、モータ４０ａ〜４０ｃを備えたアクチュエータブロック３０と、アクチュエータブロック３０に着脱自在でモータ４０ａ〜４０ｃの回転軸に接続されるプーリ５０ａ〜５０ｃを備える接続部１５、及びプーリ５０ａ〜５０ｃに連動する先端動作部１２を含む作業部１６と、接続部１５に設けられて先端動作部１２に電力の供給をする電力供給線４０４が接続される電極４００と、連結シャフト４８と電極４００との電気的開閉をするスイッチ部４２６とを有する。スイッチ部４２６は、アクチュエータブロック３０と作業部１６との着脱に連動し、アクチュエータブロック３０と作業部１６が接続されているときに導通し、非接続のときには非導通になる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを備えたアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部、及び前記回転体に連動する電気作用部を含む作業部と、
前記接続部又は前記アクチュエータ部に設けられ、前記電気作用部に電力の供給をする電力供給線が接続される電極と、
前記電気作用部に導通する導通体と前記電極との電気的開閉をするスイッチ部と、
を有し、
前記スイッチ部は、前記アクチュエータ部と前記作業部との着脱に連動し、該アクチュエータ部と該作業部が接続されているときに導通し、非接続のときには非導通になることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記作業部は、前記アクチュエータ部との接続に連動して相対移動する移動体を有し、
前記スイッチ部は、前記移動体の移動により開閉することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項３】
請求項２記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記移動体は、前記作業部が前記アクチュエータ部から取り外されているときに前記回転体の回転を防止するロッキングプレートであることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記接続部は、前記アクチュエータ部に設けられたアライメントピンによって位置決めされ、
前記スイッチ部は、前記導通体及び前記電極に設けられた嵌合孔に前記アライメントピンが嵌合することにより該導通体と該電極との電気的開閉をすることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記スイッチ部は、弾性体を介して電気的開閉をすることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項６】
モータを備えたアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部、及び前記回転体に連動する電気作用部を含む作業部と、
前記接続部に設けられ、前記電気作用部に導通する電極と、
前記アクチュエータ部と前記作業部との着脱に連動し、該アクチュエータ部と該作業部が接続されているときに、前記電極を所定の電極コネクタが接続可能な状態にし、非接続のときには接続されない状態にする連動機構と、
を有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項７】
請求項６記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記連動機構は、前記アクチュエータ部と前記作業部が接続されているときに、前記電極を前記コネクタが接続可能な位置に配置し、非接続のときには接続されない位置に退避させることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項８】
請求項６又は７記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記連動機構は、前記アクチュエータ部と前記作業部が接続されているときに、前記電極を覆う開閉蓋を開き、非接続のときには前記開閉蓋を閉じることを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の医療用マニピュレータにおいて、
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着され、且つ、前記電極に前記コネクタが接続されている状態から、前記作業部を前記アクチュエータ部から取り外すときに、前記コネクタの一部を押圧して該コネクタを前記電極から抜くストッパを有することを特徴とする医療用マニピュレータ。
【請求項１０】
モータを備えたアクチュエータ部と、
前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部、及び前記回転体に連動する電気作用部を含む作業部と、
前記接続部に設けられ、前記電気作用部に電力の供給をする電力供給線が接続される電極と、
人により操作され、前記電極に対して電圧の印加を指示する通電指示スイッチと、
前記通電指示スイッチの状態に基づいて前記電極に対して前記電力供給線を介して電圧を印加する電力コントローラと、
前記作業部が前記アクチュエータ部に取り付けられているか否かを判断する作業部検出手段と、
前記通電指示スイッチから前記電力供給線に至る経路のいずれかに設けられた通電インターロック部と、
前記作業部検出手段の信号に基づき、前記アクチュエータ部と前記作業部が接続されているときに前記通電インターロック部に通電許可信号を出力し、非接続のときには通電禁止信号を出力する通電判断部と、
を有することを特徴とする医療用マニピュレータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータを備えるアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に対して着脱自在で、シャフトの先端に前記アクチュエータにより動作される電気作用部を備える作業部と、作業部に設けられて電気作用部に電力供給をする電極を有する医療用マニピュレータ及び医療用マニピュレータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡下外科手術（又は腹腔鏡下手術とも呼ばれる。）においては、患者の腹部等に複数の孔を開け、器具の通過ポートとしてトラカール（筒状の器具）を挿入した後、シャフトを有する鉗子の先端部をトラカールを通じて体腔内に挿入して患部の手術を行っている。鉗子の先端部には、作業部として、生体組織を把持するためのグリッパや、鋏、電気メスのブレード等が取り付けられている。
【０００３】
鉗子による内視鏡下外科手術は、作業空間である体腔内が狭くしかもトラカールを支点として鉗子を操作するため、一定のトレーニングが必要となる。また、従来使用されている鉗子では先端の作業部に関節が無いため、自由度が小さく、先端作業部はシャフトの延長線上での動作しか行うことができない。従って、通常のトレーニングで実施可能な症例には限度があり、他の様々な症例に対して適用するためには相当に高度なトレーニング及び習熟が必要になる。
【０００４】
このような観点から、従来の鉗子を改良し、作業部に複数の関節を有する鉗子の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のマニピュレータは、人手によって操作される操作部と、操作部に対して交換自在に着脱される作業部とから構成される。このようなマニピュレータでは、従来の鉗子のような制約や不自由がなく、手技が容易となり、適用可能な症例が多くなり、また、作業部の種類を交換することにより種々の手技に対応することができる。
【０００５】
一方、このようなマニピュレータをロボットアームにより駆動する医療用ロボットシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１０５４５１号公報
【特許文献２】米国特許第６３３１１８１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のとおり、特許文献１記載のマニピュレータでは、人手によって操作される操作部に対して着脱自在な作業部が設けられる。このような構造によれば、手技に応じて複数の作業部を交換して用いることができて好適である。
【０００８】
作業部の一例としては、電気メスを先端部に設けるものが挙げられ、該ブレードを任意の姿勢に変えて手技をすることができて好適である。このような作業部では、基端側に電極を設け、該電極に対して電力コントローラから電力ケーブルで給電し、絶縁被覆を備えるシャフトを介して先端のブレードに電圧印加する。電極供給のオン・オフは別に設けられたフットスイッチの足踏み操作によって行う。
【０００９】
ところで、このような作業部では、電極からブレードへの電力供給の機構が、被接続側の操作部とは独立した機構となっており、該操作部から取り外した状態でもブレードへの電圧印加が可能となっている。
【００１０】
このような作業部の取り外し状態において電気メスへの無駄な電圧印加を防止するためには、電極から電力ケーブルを取り外しておき、又は所定の無効化スイッチにより電力を遮断しておく必要があり、無効化及び有効化の手順が面倒である。また、作業部を操作部に装着した後には、余分な操作をすることなく、迅速に通電可能になることが望ましい。
【００１１】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、シャフトの先端に動作する電気作用部を備える作業部をアクチュエータ部に対して着脱する際、取り外しているときには電気作用部に対する通電を防止することのできる医療用マニピュレータ及び医療用マニピュレータシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る医療用マニピュレータは、モータを備えたアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部、及び前記回転体に連動する電気作用部を含む作業部と、前記接続部又は前記アクチュエータ部に設けられ、前記電気作用部に電力の供給をする電力供給線が接続される電極と、前記電気作用部に導通する導通体と前記電極との電気的開閉をするスイッチ部とを有し、前記スイッチ部は、前記アクチュエータ部と前記作業部との着脱に連動し、該アクチュエータ部と該作業部が接続されているときに導通し、非接続のときには非導通になることを特徴とする。
【００１３】
このように、基端側の電極と先端の電気作用部との間に、アクチュエータ部と作業部との着脱に連動するスイッチ部を設け、該スイッチ部を介して通電することにより、作業部をアクチュエータ部から取り外しているときには電気作用部に対する通電を防止することができる。
【００１４】
なお、ここでいうスイッチ部は、オン状態で実質的に通電可能であればよく、完全に接触する状態に限らず、例えば微小な隙間を介して放電通電する状態でもよい。
【００１５】
前記作業部は、前記アクチュエータ部との接続に連動して相対移動する移動体を有し、前記スイッチ部は、前記移動体の移動により開閉してもよい。このような移動体をスイッチングに用いると確実な電気的開閉が行われる。
【００１６】
前記移動体は、前記作業部が前記アクチュエータ部から取り外されているときに前記回転体の回転を防止するロッキングプレートであってもよい。このようなロッキングプレートをスイッチングに共用的に用いると簡便構成となる。
【００１７】
前記接続部は、前記アクチュエータ部に設けられたアライメントピンによって位置決めされ、前記スイッチ部は、前記導通体及び前記電極に設けられた嵌合孔に前記アライメントピンが嵌合することにより該導通体と該電極との電気的開閉をしてもよい。このような嵌合によるスイッチ部は、構造が簡便であるとともに、アライメントピンをスイッチングに共用的に用いることができる。
【００１８】
前記スイッチ部は、弾性体を介して電気的開閉をしてもよい。このような弾性体によれば、適度な弾性押圧力で確実な接触状態が得られる。
【００１９】
また、本発明に係る医療用マニピュレータは、モータを備えたアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部、及び前記回転体に連動する電気作用部を含む作業部と、前記接続部に設けられ、前記電気作用部に導通する電極と、前記アクチュエータ部と前記作業部との着脱に連動し、該アクチュエータ部と該作業部が接続されているときに、前記電極を所定の電極コネクタが接続可能な状態にし、非接続のときには接続されない状態にする連動機構とを有することを特徴とする。
【００２０】
このように、基端側の電極と先端の電気作用部との間に、アクチュエータ部と作業部との着脱に連動する連動機構を設け、該連動機構により、作業部とアクチュエータ部が非接続であるときには電極と電極コネクタを接続されない状態にすることにより、電気作用部に対する通電を防止することができる。
【００２１】
前記連動機構は、前記アクチュエータ部と前記作業部が接続されているときに、前記電極を前記コネクタが接続可能な位置に配置し、非接続のときには接続されない位置に退避させてもよい。このように、連動機構は電極を退避させる構成にすると、作業部がアクチュエータ部から取り外されているときには、電気作用部に対する通電を防止することができる。
【００２２】
前記連動機構は、前記アクチュエータ部と前記作業部が接続されているときに、前記電極を覆う開閉蓋を開き、非接続のときには前記開閉蓋を閉じてもよい。このように、開閉蓋を開閉させる連動機構によれば、作業部がアクチュエータ部から取り外されているときには、電気作用部に対する通電を防止することができる。
【００２３】
前記アクチュエータ部に前記作業部が装着され、且つ、前記電極に前記コネクタが接続されている状態から、前記作業部を前記アクチュエータ部から取り外すときに、前記コネクタの一部を押圧して該コネクタを前記電極から抜くストッパを有してもよい。
【００２４】
さらに、本発明に係る医療用マニピュレータシステムは、モータを備えたアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部に着脱自在で前記モータの回転軸に接続される回転体を備える接続部、及び前記回転体に連動する電気作用部を含む作業部と、前記接続部に設けられ、前記電気作用部に電力の供給をする電力供給線が接続される電極と、人により操作され、前記電極に対して電圧の印加を指示する通電指示スイッチと、前記通電指示スイッチの状態に基づいて前記電極に対して前記電力供給線を介して電圧を印加する電力コントローラと、前記作業部が前記アクチュエータ部に取り付けられているか否かを判断する作業部検出手段と、前記通電指示スイッチから前記電力供給線に至る経路のいずれかに設けられた通電インターロック部と、前記作業部検出手段の信号に基づき、前記アクチュエータ部と前記作業部が接続されているときに前記通電インターロック部に通電許可信号を出力し、非接続のときには通電禁止信号を出力する通電判断部とを有することを特徴とする。
【００２５】
このように、通電判断部が、取付判断部の信号に基づき、アクチュエータ部と作業部が非接続のときには通電禁止信号を出力することにより、電気作用部に対する通電を防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る医療用マニピュレータによれば、シャフトの先端に動作する電気作用部を備える作業部をアクチュエータ部に対して着脱する際、取り外しているときには電気作用部に対する通電を防止することができる。
【００２７】
本発明に係る医療用マニピュレータシステムによれば、通電判断部が、取付判断部の信号に基づき、アクチュエータ部と作業部が非接続のときには通電禁止信号を出力することにより、電気作用部に対する通電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る医療用マニピュレータ及び医療用マニピュレータシステムについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図２２を参照しながら説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０は、先端動作部１２に電力を供給して手技を行うものである。先端動作部１２の種類（グリッパ等）によっては、把持鉗子やニードルドライバ（持針器）等とも呼ばれる。
【００３０】
医療用マニピュレータ１０は、人手によって把持及び操作される操作部１４と、該操作部１４に対して着脱自在な作業部１６とを備え、操作部１４に対してコネクタ２４を介して着脱自在なコントローラ（制御部）２７を有するマニピュレータシステムとして構成されている。
【００３１】
医療用マニピュレータ１０は、基本構成として操作部１４と作業部１６とを有しており、コントローラ２７は当該医療用マニピュレータ１０の電気的な制御をするものであり、グリップハンドル２６の下端部から延在するケーブル６２に対してコネクタ２４を介して接続されている。制御部であるコントローラ２７の機能の一部又は全部を、例えば操作部１４に一体的に搭載することもできる。
【００３２】
作業部１６には電極４００が設けられており、電力コントローラ４０２に接続されている電力供給線４０４における先端の電極コネクタ４０６が接続可能になっている。電力供給線４０４及び電極コネクタ４０６は絶縁材で被覆されている。電力コントローラ４０２には別に、人が足で操作するフットスイッチ（通電指示スイッチ）１０８が接続されており、該フットスイッチ４０８を足踏み操作することにより電力供給線４０４に対して電力を供給することができる。フットスイッチ４０８は、例えばモーメンタリスイッチである。電力コントローラ４０２が供給する電圧は、例えば交流の３ｋ〜５ｋＶである。電力コントローラ４０２には、さらに、生体に接触させる電極板４１０が接続されている。
【００３３】
コントローラ２７は、医療用マニピュレータ１０を独立的に３台同時に制御することができる。コントローラ２７のうち、第１、第２及び第３の医療用マニピュレータ１０を制御する部分を総括的に第１ポート２９ａ、第２ポート２９ｂ及び第３ポート２９ｃとして示す。
【００３４】
図２に示すように、医療用マニピュレータ１０及び該医療用マニピュレータ１０を含むシステムは、選択的に種々の構成を採りうる。すなわち、操作部１４は、バリエーションとして操作部１４ａ〜１４ｄが用意され、作業部１６は、バリエーションとして作業部１６ａ〜１６ｄが用意されている。
【００３５】
コントローラ２７には、操作部１４ａに代えて操作部１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄを装着することができる。また、各操作部１４ａ〜１４ｄに対し、作業部１６ａに代えて作業部１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄを装着することができる。すなわち、術者は手技の種類や慣れ等に応じて操作部１４ａ〜１４ｄ及び作業部１６ａ〜１６ｄを選択的に組み合わせて構成することができる。例えば、作業部１６ａは先端動作部１２がフック型電気メスとなっており、作業部１６ｂは先端動作部１２がブレード型電気メスとなっており、作業部１６ｃは先端動作部１２がはさみとなっており、作業部１６ｄは先端動作部１２がグリッパとなっている。各作業部１６ａ〜１６ｄは、接続部１５内のプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ等（図１参照）は共通の構成となっている。
【００３６】
上記したように、コントローラ２７は、３台の医療用マニピュレータ１０を同時に制御可能であることから、操作部１４ａ〜１４ｄのうちいずれか３つを第１ポート２９ａ、第２ポート２９ｂ及び第３ポート２９ｃに接続が可能である。
【００３７】
次に、操作部１４及び作業部１６について説明する。
【００３８】
以下の説明では、図１における幅方向をＸ方向、高さ方向をＹ方向、及び、連結シャフト４８の延在方向をＺ方向と規定する。また、右方をＸ１方向、左方をＸ２方向、上方向をＹ１方向、下方向をＹ２方向、前方をＺ１方向、後方をＺ２方向と規定する。さらに、特に断りのない限り、これらの方向の記載は医療用マニピュレータ１０が基準姿勢（中立姿勢）である場合を基準として表すものとする。これらの方向は説明の便宜上のものであり、医療用マニピュレータ１０は任意の向きで（例えば、上下を反転させて）使用可能であることはもちろんである。
【００３９】
図１及び図３に示すように、作業部１６は、作業を行う先端動作部１２と、操作部１４のアクチュエータブロック（アクチュエータ部）３０に対して接続される接続部１５と、これらの先端動作部１２と接続部１５とを連接する長尺で中空の連結シャフト４８とを有する。作業部１６は、アクチュエータブロック３０における所定の操作によって操作部１４から離脱可能であって、洗浄、滅菌及びメンテナンス等を行うことができる。ここで、アクチュエータブロック３０は作業部１６が装着される箇所を意味するものであり、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃを格納する場所に限定されない。
【００４０】
先端動作部１２及び連結シャフト４８は細径に構成されており、患者の腹部等に設けられた円筒形状のトラカール２０から体腔２２内に挿入可能であり、操作部１４の操作により体腔２２内において患部切除、把持、縫合及び結紮等の様々な手技を行うことができる。連結シャフト４８は、導通体のアルミニウム合金、ステンレス鋼等の管体であって、外表面には絶縁被覆が設けられている。
【００４１】
操作部１４は、人手によって把持されるグリップハンドル２６と、該グリップハンドル２６の上部から延在するブリッジ２８と、該ブリッジ２８の先端に接続されたアクチュエータブロック３０とを有する。
【００４２】
図３及び図４に示すように、グリップハンドル２６は、ブリッジ２８の端部からＹ２方向に向かって延在しており、人手によって把持されるのに適した長さであり、該グリップハンドル２６の近傍には先端動作部１２の動作等に供される入力手段が設けられている。すなわち、このような入力手段として、グリップハンドル２６に近接したＺ１方向にトリガーレバー３２及びスイッチ３６が設けられ、Ｙ１方向に複合入力部３４及び作動スイッチ３５が設けられている。
【００４３】
作動スイッチ３５のＺ１方向でブリッジ２８の上面における視認しやすい箇所にはＬＥＤ２９が設けられている。ＬＥＤ２９は、医療用マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、かつ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。
【００４４】
グリップハンドル２６の下端には、コントローラ２７に接続されるケーブル６２が設けられている。グリップハンドル２６とケーブル６２とはコネクタにより接続されていてもよい。
【００４５】
作動スイッチ３５は、医療用マニピュレータ１０の動作状態の有効又は無効を設定するための入力手段である。ＬＥＤ２９は、医療用マニピュレータ１０の制御状態を示すインジケータであり、操作者が容易に認識可能な大きさであり、且つ操作に支障がない程度に十分に小型軽量である。ＬＥＤ２９は、ブリッジ２８の上面における略中央部で、視認性のよい位置に設けられており、作動スイッチ３５と並んで配置されていることから、例えば、作動スイッチ３５によるＯＮ操作に同期して点灯等をするため、操作者は作動スイッチ３５の操作をしながらその入力状態をＬＥＤ２９により確実に認識することができる。
【００４６】
この場合、コントローラ２７は、作動スイッチ３５の状態を読み込み、オン状態であるときに動作モードとし、オン状態からオフ状態に切り換わったときに自動原点復帰動作としてモータ４０ａ〜４０ｃを所定の原点に戻し、原点に戻った後に停止モードとする。動作モードは、操作部１４の操作指令を有効にしてモータ４０ａ〜４０ｃを駆動するモードである。停止モードは、操作部１４の操作指令の有無に関わらずモータ４０ａ〜４０ｃを停止させるモードである。これらのモード及び動作はコントローラ２７によって区別されて制御され、ＬＥＤ２９及び所定のランプの点灯状態が切り換えられる。
【００４７】
複合入力部３４は、先端動作部１２に対してロール方向（軸回転方向）及びヨー方向（左右方向）の回転指令を与える複合的な入力手段であり、例えば軸回転に動作する第１入力手段によってロール方向指示を行い、横方向に動作する第２入力手段によってヨー方向指示を行うことができる。トリガーレバー３２は、先端動作部１２がグリッパ型であるときに該グリッパの開閉動作指令を与える入力手段である。
【００４８】
複合入力部３４、トリガーレバー３２には、それぞれ動作量を検出する入力センサ３９ａ、３９ｂ、３９ｃが設けられており、検出した動作信号をコントローラ２７に対して通信（例えば、シリアル通信）し、これにより、モータ４０ａ〜４０ｃ及びプーリ５０ａ〜５０ｃが駆動され、ワイヤ５４ａ〜５４ｃ（図５参照）が駆動されることにより先端動作部１２を動作させることができる。
【００４９】
トリガーレバー３２は、ブリッジ２８のやや下方でＺ１方向にやや突出したレバーであり、人差し指による操作が容易な位置に設けられている。
【００５０】
トリガーレバー３２は、グリップハンドル２６に対してアーム９８により接続されており、該グリップハンドル２６に対して進退するように構成されている。アーム９８はグリップハンドル２６内で入力センサ３９ｃに接続されており、トリガーレバー３２の進退量が該入力センサ３９ｃによって計測されてコントローラ２７に供給される。トリガーレバー３２は、指を当て、グリップハンドル２６の方向（つまり、Ｚ２方向）に向かって引き込む操作と、グリップハンドル２６からＺ１方向に押し出す操作とが可能に構成されている。
【００５１】
次に、作業部１６と操作部１４の着脱の構成について説明する。
【００５２】
作業部１６の接続部１５は、樹脂のカバー３７に覆われており、モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの駆動軸に接続されて従動回転されるプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃをそれぞれ回転自在に保持している。カバー３７は、電極４００を支持するのに適度な強度を有する。プーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃには、それぞれワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃ（図５参照）が巻き掛けられており、連結シャフト４８の中空部分を通って先端動作部１２まで延在している。ワイヤ５４ａ〜５４ｃは、プーリ５０ａ〜５０ｃに対して滑りが生じないように一部が固定されている。ワイヤ５４ａ〜５４ｃは同種、同径のものを用いることができる。プーリ５０ａ〜５０ｃにはそれぞれカップリングが設けられている。
【００５３】
図５に示すように、連結シャフト４８内を挿通したワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃは、電気作用部としてのフック型メス６０を備えた先端動作部１２の対応するプーリにそれぞれ巻き掛けられている。フック型メス６０は、Ｚ１方向に延在するアーム６０ａと、該アーム６０ａの先端が直角に屈曲した屈曲部６０ｂとを有する。このように先端動作部１２は、ワイヤ５４ａ、５４ｂ及び５４ｃの動作により第１軸のヨー軸Ｏｙ、第２軸のピッチ軸Ｏｐ、第３軸ロール軸Ｏｒをそれぞれ単独で、又は複合的に動作させることができる３自由度の機構である。したがって、先端に設けられたフック型メス６０は、ヨー軸Ｏｙ、ピッチ軸Ｏｐの動作によって任意の方向を指向することができ、さらにロール軸Ｏｒの動作によって任意の向きに設定可能である。これにより、屈曲部６０ｂを生体の任意の位置に対して、任意の向きに合わせて、電圧を印加して所定の手技を行うことができる。
【００５４】
図３及び図６に示すように、接続部１５は、左右側面の係合片２００と、上下面に開口する３つの嵌合孔２０２ａ、２０２ｂ及び２０２ｃとを有する。３つの嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃは、Ｚ１方向及びＺ２方向の端部近傍に設けられており、Ｙ方向に延在する孔である。なお、図６〜図１２では、接続部１５の構造が理解しやすいように、カバー３７（図１参照）の一部又は全部を取り外した状態で示す。
【００５５】
図３及び図４に示すように、アクチュエータブロック３０には、先端動作部１２が有する３自由度の機構に対応してモータ４０ａ、４０ｂ及びモータ４０ｃが連結シャフト４８の延在方向に沿って並列して設けられている。これらのモータ４０ａ〜４０ｃは小型・細径であって、アクチュエータブロック３０はコンパクトな扁平形状に構成されている。アクチュエータブロック３０は、操作部１４のＺ１方向端部の下方に設けられている。また、モータ４０ａ〜４０ｃは、操作部１４の操作に基づき、コントローラ２７の作用下に回転をする。
【００５６】
モータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃには、回転角度を検出することのできる角度センサ４３ａ、４３ｂ及び４３ｃが設けられており、検出した角度信号はコントローラ２７に供給される。角度センサ４３ａ〜４３ｃとしては、例えばロータリエンコーダが用いられる。
【００５７】
図４及び図６に示すように、接続部１５を構成するプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃのＹ２方向下端にはそれぞれ十字状の結合凸部５１ａ、５１ｂ及び５１ｃが設けられ、アクチュエータブロック３０を構成するモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃの回転軸には十字状の結合凹部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが設けられている。結合凸部５１ａ〜５１ｃと結合凹部４１ａ〜４１ｃとは互いに係合可能であり、すなわち、アクチュエータブロック３０に接続部１５が装着された状態において、モータ４０ａ〜４０ｃの回転がプーリ５０ａ〜５０ｃに対して確実に伝達される。これらの係合部は十字形状に限られない。
【００５８】
アクチュエータブロック３０には、さらに作業部１６の接続部１５を保持する２つの独立した係合部２１０と、該接続部１５の位置決め機能及び保持機構を有する３本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂ及び２１２ｃとが設けられる。
【００５９】
２つの係合部２１０は、アクチュエータブロック３０の左右側面（Ｘ１及びＸ２側面）で対称位置に設けられており、操作面２０４と、該操作面２０４からＹ１方向に延在するレバー２０６とを有する。レバー２０６はアクチュエータブロック３０の上面よりもＹ１方向に向かってやや突出しており、先端内側がテーパ形状になっている。係合部２１０は、図示しない弾性部材によってレバー２０６が内側に向かう方向に弾性付勢されている。
【００６０】
アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対向する位置で、アクチュエータブロック３０の上面におけるＺ１方向端の近傍に２本、Ｚ２方向端の近傍に１本設けられ、それぞれＹ１方向に延在している。Ｚ１方向端の近傍に２本のアライメントピン２１２ａ、２１２ｂがＸ方向に並んで設けられている。
【００６１】
このように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは３本設けられていることから、接続部１５は３点で支持され、簡便且つ確実に位置決めを行うことができる。また、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは直線状配列ではないため、いずれの方向のねじれに対しても、接続部１５を安定して保持することができる。アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは、このうち２本以上設けられていれば、接続部１５は確実に位置決めがなされて、安定して保持される。この場合、Ｚ方向に離間した２本を選択すると一層安定する。
【００６２】
この場合、図３に示すように、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの高さＨ１は、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃを備える接続部１５を構成するプーリ収納体３００の高さＨ２よりも大きく、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃはプーリ収納体３００を適度に貫通する。
【００６３】
次に、接続部１５及びアクチュエータブロック３０の構成について詳細に説明する。
【００６４】
図６〜図８に示すように、接続部１５は、駆動部であるプーリ５０ａ〜５０ｃを収納するプーリ収納体３００と、該プーリ収納体３００の上面（Ｙ１側）に固定されたベースプレート３０２と、該ベースプレート３０２の上部（Ｙ１側）に設けられたロッキングプレート（移動体）３０４とを有する。ベースプレート３０２（プーリ収納体３００）の上面には軸部材３０５が突設されている。軸部材３０５は、ロッキングプレート３０４の孔部３１９を通過してＹ１方向に突出するように一対設けられ、ロッキングプレート３０４をベースプレート３０２方向（Ｙ２方向）に付勢する一対のコイルスプリング３０６を支持すると共に、ロッキングプレート３０４のＹ方向の移動をガイドする。
【００６５】
プーリ５０ａ〜５０ｃは、上記の通りプーリ収納体３００におけるＺ方向に並列しており、各上端はプーリ収納体３００の上面からやや突出した板形状部３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃとなっている。板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、同形状であり、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の直径に相当する箇所に設けられて、Ｙ１方向にやや伸びている。板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、各プーリ５０ａ〜５０ｃが原点であるときに平面視でＸ方向を指向する。
【００６６】
ロッキングプレート３０４はＺ方向に長尺であり、中央部は幅が広く、Ｚ１方向には幅狭部３１０を介してＴ字形状の第１端部３１２を有するとともに、Ｚ２方向にはプーリ収納体３００の嵌合孔２０２ｃに対応する平面視で略三角形状の第２端部３１４を有する。第１端部３１２の中央上面には、低い円錐部３１２ａが設けられている。
【００６７】
図６、図７及び図９に示すように、ロッキングプレート３０４の下面（Ｙ２側）においてアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが当接する部位には、それぞれ円板状の絶縁部材３１１が設けられている。さらに、プーリ収納体３００の嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃについては、その内周面に筒状の絶縁部材３２３が設けられ、上面（Ｙ１側）縁部に円筒テーパ状の絶縁部材３０１が設けられ、下面（Ｙ２側）縁部に円環状の絶縁部材３１５が設けられている。これら絶縁部材３０１、３１１、３１５、３２３は、例えば、樹脂やゴム、セラミック等から構成される。これにより、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃと接続部１５との間が絶縁され、すなわち、操作部１４と作業部１６との間が絶縁される。従って、電気メス等の高電圧を生じる器具を作業部１６として用いた場合にも、この高電圧が操作部１４側に漏れることが有効に防止され、当該操作部１４側に設けられるモータ４０ａ〜４０ｃ等の電気部品を保護することができる。絶縁部材３１１等に代えて、アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃ自体を絶縁材料によって構成することも可能である（後述する作業部５００ｂに適用する場合を除く）。
【００６８】
ロッキングプレート３０４の中央部には、Ｘ方向を指向する３つのスリット３１６ａ、３１６ｂ及び３１６ｃがＺ方向に並列されており、順にプーリ５０ａ、５０ｂ及び５０ｃに対応する位置に設けられている。各スリット３１６ａ〜３１６ｃのＺ方向の幅は、板形状部３０８ａ〜３０８ｃの板厚よりやや広く、Ｘ方向の長さは、板形状部３０８ａ〜３０８ｃよりやや長い。
【００６９】
ロッキングプレート３０４の上面で、スリット３１６ａとスリット３１６ｂとの間、及びスリット３１６ｂとスリット３１６ｃとの間には、浅い丸溝３２０が設けられ、各丸溝３２０の中央に孔部３１９が形成されている。各丸溝３２０はコイルスプリング３０６より僅かに大径であり、該コイルスプリング３０６の下端（Ｙ２側）の取付座となっている。各孔部３１９は、軸部材３０５より僅かに大径であり、該軸部材３０５の挿通孔となっている。
【００７０】
図８に示すように、コイルスプリング３０６は、孔部３１９に挿通され、ロッキングプレート３０４のＹ１側に突出した軸部材３０５の周囲に設けられると共に、各軸部材３０５の上端近傍に形成された環状溝３２１に固着される固定具３２２と丸溝３２０の底部との間に挟まれることで保持されている。すなわち、固定具３２２は、コイルスプリング３０６の上端（Ｙ１側）の取付座であり、例えば、コイルスプリング３０６よりやや大径のＥリング等から構成される。
【００７１】
従って、図８、図９及び図１０に示すように、作業部１６が操作部１４から分離された状態では、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢力によって、Ｙ２方向に押し下げられ、プーリ収納体３００（ベースプレート３０２）の上面に当接する。なお、コイルスプリング３０６は、圧縮ばねには限られず、例えば引張ばねとすることもできる。
【００７２】
この場合、プーリ収納体３００の上面には絶縁部材３０１がやや突出し、ロッキングプレート３０４の下面には絶縁部材３１１がやや突出している。そこで、ベースプレート３０２をスペーサとして機能させ、プーリ収納体３００の上面の高さを絶縁部材３０１、３１１の厚み分に合わせて調整することで、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６の付勢によって安定してプーリ収納体（ベースプレート３０２）に当接するように構成している。もちろん、ベースプレート３０２を省略し、その分の調整をプーリ収納体３００やロッキングプレート３０４の形状を調整することで対応することもでき、また、絶縁部材３１１等を使用しない構成の場合には、ベースプレート３０２も省略可能である。
【００７３】
一方、接続部１５には、前記の電極４００が設けられている。電極４００は、カバー３７の前端部近傍に固定されており、上方の突出部４２０と、カバー３７内で下方に突出する内部延在部４２２と、該内部延在部４２２の下端に設けられたコイルスプリング（弾性体）４２４とを有する。突出部４２０は、スリット４２０ａが設けられて弾性的にやや変形可能であって、対応する電極コネクタ４０６を接続しやすい。
【００７４】
電極４００は、前記の円錐部３１２ａの上方に配置されており、作業部１６がアクチュエータブロック３０から取り外されているときには、コイルスプリング４２４はロッキングプレート３０４から適度に離間している。この離間距離は、電極４００に印加される印加電圧を考慮して、放電通電することのない距離に設定されている。また、作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されているときには、コイルスプリング４２４は適度に圧縮されながらロッキングプレート３０４の上面に接触し、電気的導通が確保され、コイルスプリング４２４とロッキングプレート３０４は電気的開閉をするスイッチ部４２６を構成している。
【００７５】
つまり、作業部１６がアクチュエータブロック３０から取り外されているときには、電極４００は、スイッチ部４２６の作用下に、ロッキングプレート３０４、プーリ収納体３００、連結シャフト４８及び先端動作部１２に対して非導通となっており、仮にこの時点でフットスイッチ４０８を踏んでも、電極４００までは電圧が印加されるが、その先には通電されない。
【００７６】
図１１に示すように、作業部１６が操作部１４に装着された状態では、第１端部３１２の下面左右の絶縁部材３１１にアライメントピン２１２ａ、２１２ｂが当接し、第２端部３１４の下面の絶縁部材３１１にアライメントピン２１２ｃが当接し、これにより、ロッキングプレート３０４がコイルスプリング３０６に抗して相対的にＹ１方向に押し出され、プーリ収納体３００（ベースプレート３０２）の上面と離間する。
【００７７】
図７及び図８に示すように、接続部１５においてロッキングプレート３０４のＺ２側端部（第２端部３１４の基端側部）には、第２端部３１４を跨いでＹ１方向に延びた支持プレート３１３がねじ３１７により固定される。支持プレート３１３のＺ２側、つまりアクチュエータブロック３０の接続面３０ａ側の面には、二次元状のバーコード１０４が設けられている。バーコード１０４は、例えば略正方形のマトリックス形状であり、桝目に従って白及び黒が印刷されている。
【００７８】
バーコード１０４は、ＸＹ平面を構成する支持プレート３１３に貼り付けられ、カバー３７の後端部から適度な距離Ｐだけ前方（Ｚ１方向）にずれた位置に設けられている。バーコード１０４には、作業部１６の個体情報、仕様、タイムスタンプ（製造日等）やシリアルナンバー、使用回数上限等の情報が含まれている。バーコード１０４の保持する個体情報は、作業部毎に識別が可能なように異なる値が付与されている。
【００７９】
図４に示すように、アクチュエータブロック３０におけるブリッジ２８との接続面３０ａには、カメラ１０６と、２つの白色ＬＥＤ１０５とが設けられている。接続面３０ａは、接続部１５のカバー３７の端面に当接する面であり、ＸＹ平面を構成する。
【００８０】
カメラ１０６は、バーコード１０４を撮像するカメラであり、例えばＣＣＤ形式又はＣＭＯＳ形式である。白色ＬＥＤ１０５は、光軸がバーコード１０４を照明する向きに設定されており、カメラ１０６はバーコード１０４を一層確実に認識することができる。白色ＬＥＤ１０５は、カメラ１０６を挟んで左右対称位置に設けられており、バーコード１０４をバランスよく照明することができる。白色ＬＥＤ１０５は、カメラ１０６を挟んで上下に設けられていてもよく、等間隔に３以上設けられていてもよい。白色ＬＥＤ１０５が十分な光量を有する場合には１つでもよい。このように、ＩＤ保持部であるバーコード１０４は、個体情報を画像情報として保持する表示手段であり、ＩＤ認識部であるカメラ１０６は、前記表示手段を撮像する撮像手段である。
【００８１】
図４及び図８に示すように、接続部１５が載置されるアクチュエータブロック３０の上面３０ｂにおいて、Ｚ２方向の端部（接続面３０ａ）近傍には、装着される接続部１５の有無を検出する作業部検出手段１０７が設けられている。
【００８２】
作業部検出手段１０７は、対向する位置に設けられた投光器１０７ａと受光器１０７ｂとからなり、投光器１０７ａと受光器１０７ｂとの間に接続部１５の後端部の被検出片１０９が挿入されて遮光することにより該接続部１５が装着されたことを検出できる。投光器１０７ａと受光器１０７ｂは、Ｘ方向に対向する向きで且つ近接した位置に設けられている。投光器１０７ａは例えばＬＥＤであり、受光器１０７ｂは例えばフォトダイオードである。
【００８３】
図８に示すように、プーリ収納体３００の後端面（Ｚ２側）における下端には、上記した被検出片１０９が後方に向かって突出している。接続部１５がアクチュエータブロック３０に装着されると、被検出片１０９が投光器１０７ａと受光器１０７ｂとの間に挿入されて受光器１０７ｂに対する投光器１０７ａの光を遮光する。
【００８４】
このとき、カバー３７は、バーコード１０４及びカメラ１０６が略閉空間内となるようにこれらの箇所を覆う。これにより、バーコード１０４及びカメラ１０６の汚れを防止することができると共に、外乱光を遮蔽して安定した撮像が可能となる。また、閉空間となっても、白色ＬＥＤ１０５によりバーコード１０４が照明されることから、安定した撮像が可能である。バーコード１０４及びカメラ１０６を覆うカバー３７は、アクチュエータブロック３０に設けられていてもよい。バーコード１０４とカメラ１０６との相対的な位置及び向きが固定的であることから、カメラ１０６側では、バーコード１０４の位置及び向きを特定する必要がなく、これらを特定するためのコードが不要か又は少量で足り、その分、バーコード１０４における記録可能な情報量が多くなる。
【００８５】
このように作業部検出手段１０７を備えることにより、コントローラ２７において作業部１６がアクチュエータブロック３０に装着されているか否かを認識することができると共に、該作業部検出手段１０７による作業部１６の検出を、カメラ１０６及び白色ＬＥＤ１０５を起動制御してバーコード１０４から個体信号を取得するためのトリガー信号とすることができる。
【００８６】
作業部検出手段１０７は、投光器１０７ａ及び受光器１０７ｂからなる構成に限らず、例えば被検出片１０９により操作されるリミットスイッチであってもよい。また、コントローラ２７では、作業部１６の個体情報を取得し、該個体情報に応じて作業部１６の種類に応じた制御が可能となる。
【００８７】
アクチュエータブロック３０の上面には３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃが設けられており、接続部１５に設けられた嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに嵌合することにより該接続部１５を安定して保持可能である。接続部１５を操作部１４に取り付ける場合には、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃがそれぞれ嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに嵌合するように合わせて、接続部１５を下方（Ｙ２方向）に押し下げる。これにより、レバー２０６は内面側の楔部２０６ａが係合片２００を乗り越える際に一旦外方に拡がり、その後原位置に戻ることにより係合片２００に係合し、接続が完了する。つまり、レバー２０６（楔部２０６ａ）及び係合片２００は、作業部１６と操作部１４とを係合するための係合機構として機能する。
【００８８】
一方、図１２に示すように、接続部１５を操作部１４から取り外す場合には、アクチュエータブロック３０の両側面に設けられたレバー２０６を押してそれぞれ外方に開くように傾動させ、該レバー２０６の楔部２０６ａを、接続部１５の両側面に設けられた係合片２００から解放する。これにより接続部１５を操作部１４から上方（Ｙ１方向）に引き抜き、取り外しが可能となる。
【００８９】
次に、基本的には以上のように構成される医療用マニピュレータ１０の作用について説明する。
【００９０】
先ず、図９に示すように、操作部１４のアクチュエータブロック３０に対して作業部１６の接続部１５を装着するに際し、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃに対応するアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃを挿通させる。
【００９１】
続いて、接続部１５をアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃに沿ってＹ２方向に移動させると、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４の下面（絶縁部材３１１）に当接し、図１０に示す状態となる。
【００９２】
このように、各アライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの先端がロッキングプレート３０４に当接した時点では、レバー２０６の楔部２０６ａは係合片２００を乗り越えておらず、接続部１５とアクチュエータブロック３０との係合動作は完了していない。この時点では、電極４００のコイルスプリング４２４は、ロッキングプレート３０４に対して離間しており、スイッチ部４２６はオフとなっている。
【００９３】
図１１に示すように、接続部１５をさらにＹ２方向へと押し下げることにより、レバー２０６が先端のテーパ形状によってやや外方向に押されて変位して、係合片２００に対して摺動する。やがて、接続部１５の下面がアクチュエータブロック３０の上面３０ｂに当接又はその直前で、弾性作用によってレバー２０６が原位置に復帰し、テーパ形状の下端の楔部２０６ａが係合片２００に係合することになる。このような係合動作中に、作業部検出手段１０７によって作業部１６が検出される。
【００９４】
このようなアクチュエータブロック３０への接続部１５の着脱において、装着時、操作部１４のモータ４０ａ〜４０ｃはそれぞれ原点となっている。一方、接続部１５では、プーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃが、コイルスプリング３０６によりＹ２側に付勢されたロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃに挿入され、回転不能状態に保持されているため、プーリ５０ａ〜５０ｃがそれぞれ原点に位置している。従って、モータ４０ａ〜４０ｃの上端部は、プーリ５０ａ〜５０ｃの下端部に適切に接続される。
【００９５】
図１１に示すように、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃの上端部は、嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃを貫通してプーリ収納体３００の上面から突出し、第１端部３１２及び第２端部３１４の下面に当接し、コイルスプリング３０６を圧縮してロッキングプレート３０４を上面３０ｂから一定距離（図１０では距離Ｈ１１と距離Ｈ１３とを足した距離）の位置に保持したままプーリ収納体３００を相対的に押し下げる。
【００９６】
このため、ロッキングプレート３０４とプーリ収納体３００との間のＹ方向の間隔は、図１０に示す装着前の間隔Ｈ１１から、図１１に示す装着後の間隔Ｈ１２へと拡大され、プーリ５０ａ〜５０ｃの上端の板形状部３０８ａ〜３０８ｃは、ロッキングプレート３０４のスリット３１６ａ〜３１６ｃから抜け、プーリ５０ａ〜５０ｃはモータ４０ａ〜４０ｃによって回転可能になる。
【００９７】
作業部１６の装着後、コントローラ２７では、原点を基準として角度の計算を行い先端動作部１２を正しく制御することができる。すなわち、操作部１４が装着された位置を原点（０°）として推定し、トリガーレバー３２と及び複合入力部３４のプラス方向及びマイナス方向の入力に対応して、先端動作部１２をロール方向及びヨー方向の回転指令を与え、フック型メス６０の動作指令を与えることができる。
【００９８】
一方、接続部１５をアクチュエータブロック３０に装着する際に、ロッキングプレート３０４は接続部１５内では相対的には上方に移動していることになり、円錐部３１２ａの部分が電極４００のコイルスプリング４２４に当接し、該コイルスプリング４２４を圧縮し、スイッチ部４２６はオンになる。これにより、電極４００は、ロッキングプレート３０４、プーリ収納体３００、連結シャフト４８及び先端動作部１２に対して導通状態となり、この時点でフットスイッチ４０８を踏むと、該先端動作部１２まで通電され、必要な手技がなされる。
【００９９】
すなわち、スイッチ部４２６を構成する電極４００のコイルスプリング４２４と、ロッキングプレート３０４の円錐部３１２ａ及びその周辺部は、アクチュエータブロック３０と作業部１６との着脱に連動し、該アクチュエータブロック３０と該作業部１６が接続されているときに導通し、非接続のときには非導通になる。ここで、非接続とはアクチュエータブロック３０と作業部１６が完全に離間してる状態（図９参照）だけでなく、装着操作の途中で十分な接続状態に至っていない状態（図１０参照）を含む。
【０１００】
次に、一連の手技が終了し、又は作業部１６（操作部１４）を別の種類に交換する場合には、装着されている作業部１６（操作部１４）を取り外す。この操作に先だって、操作者は作動スイッチ３５（図１参照）を操作し、コントローラ２７の作用下に各モータ４０ａ〜４０ｃを自動的に原点に復帰させる。これにより、３本のアライメントピン２１２ａ〜２１２ｃは嵌合孔２０２ａ〜２０２ｃから下方に抜けることから、第１端部３１２及び第２端部３１４から離間し、ロッキングプレート３０４はコイルスプリング３０６の弾性力によって相対的に下方に押し下げられる。各モータ４０ａ〜４０ｃは、それぞれ原点に復帰していることから、連動するプーリ５０ａ〜５０ｃの板形状部３０８ａ〜３０８ｃは平面視でＸ方向を指向しており（図７参照）、ロッキングプレート３０４の３つのスリット３１６ａ〜３１６ｃに係合する（図１０参照）。これにより、これ以後の各プーリ５０ａ〜５０ｃの回転が防止でき、先端動作部１２が原点に保持され、次回に操作部１４に装着するときには、プーリ５０ａ〜５０ｃをモータ４０ａ〜４０ｃに正しく装着することができる。
【０１０１】
また、ロッキングプレート３０４は、相対的に下方に押し下げられることから、コイルスプリング４２４から離れ、スイッチ部４２６は再びオフになり、これ以降フットスイッチ４０８を踏んでも先端動作部１２に対する通電を防止できる。
【０１０２】
上述したように、本実施の形態に係る医療用マニピュレータ１０では、作業部１６における基端側の電極４００と電気作用部としての先端動作部１２との間に、アクチュエータブロック３０と作業部１６との着脱に連動するスイッチ部を設けられていることになる。該スイッチ部を介して通電することにより、作業部１６とアクチュエータブロック３０が非接続であるときには先端動作部１２に対する無駄な電圧印加を防止することができる。したがって、作業部１６の取り外し状態において、電極４００から電力供給線４０４を取り外しておき、又は所定の無効化スイッチを設けて電力を遮断しておく必要がなく、操作手順が簡便である。また、作業部１６をアクチュエータブロック３０に装着した後には、余分な操作をすることなく、迅速に通電可能になり、好適である。
【０１０３】
さらに、接続部１５は、アクチュエータブロック３０との接続に連動して相対移動するロッキングプレート３０４を有し、該ロッキングプレート３０４の移動をスイッチングに用いており、確実な電気的開閉が行われる。ロッキングプレート３０４は、作業部１６がアクチュエータブロック３０から取り外されているときにプーリ５０ａ〜５０ｃの回転を防止する機能を有しており、スイッチング機能に共用的に用いられるので簡便構成となっている。
【０１０４】
スイッチ部は、弾性体のコイルスプリング４２４を介して電気的開閉をすることから、適度な弾性押圧力で確実な接触状態が得られる。また、押圧することにより、接触面積が広くなり、接触抵抗が低下する。コイルスプリング４２４は、円錐部３１２ａを中心として同心状にロッキングプレート３０４に接触するので、該円錐部３１２ａはずれ防止作用があり、適切な位置決めがなされる。
【０１０５】
なお、電極４００は接続部１５以外にも、例えばアクチュエータブロック３０に設けられていて、接続部１５がアクチュエータブロック３０に接続されるときに電極４００も連結シャフト４８に導通する構成としてもよい。
【０１０６】
電極４００は、実質的に受電可能な構造であればよく、例えば、電極４００の代わりに電力供給線４０４が接続部１５と一体構造であって、電力コントローラ４０２の前面でコネクティングをする構造でもよい。スイッチ部のコイルスプリング４２４は、電極４００側でなく、ロッキングプレート３０４の側に設けられていてもよい。
【０１０７】
スイッチ部は、オン状態で実質的に通電可能であればよく、完全に接触する状態に限らず、例えば微小な隙間を介して放電通電する状態でもよい。この場合、電極４００及びロッキングプレート３０４は、放電腐食に強い材質を用いるとよい。
【０１０８】
医療用マニピュレータ１０は、連結シャフト４８を一方の導体し、生体自体を電極板４１０に接触させて他方の導体として電力を供給するバイポーラ型であるが、本発明は、連結シャフト４８内に２本の導体を設けて通電するバイポーラ型にも適用可能であることはもちろんである。
【０１０９】
前記のように、医療用マニピュレータ１０は、図２に示すように、ブレード型電気メスの作業部１６ｂ、はさみの作業部１６ｃ及び、グリッパの作業部１６ｄ等にも適用可能であり、それぞれ電極４００を設けて先端動作部１２に電圧印加をすることができる。
【０１１０】
設計条件により、スイッチ部４２６に用いる移動体は、ロッキングプレート３０４とは別体にしてもよい。
【０１１１】
図１３に示すように、ブレード型電気メスの作業部１６ｂでは、ヨー軸Ｏｙ、及びピッチ軸Ｏｐに基づいて２軸の動作が可能である。この場合、アクチュエータとしてのモータは２台でよい。
【０１１２】
次に、アクチュエータブロック３０に着脱される作業部１６の３つの変形例に係る作業部５００ａ、５００ｂ及び５００ｃついて説明する。作業部５００ａ〜５００ｃにおいて、作業部１６と同じ部分については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１１３】
図１４及び図１５に示すように、第１の変形例に係る作業部５００ａは、プーリ収納体３００の前端部上面に電極５０２を有する。電極５０２は、プーリ収納体３００の前端部上面から上方（Ｙ１方向）に突出しており、一部がカバー３７の上方に突出している。電極５０２のカバー３７から上方に突出した部分は、前記の突出部４２０と同形状であり、電力供給線４０４の電極コネクタ４０６を接続可能である。
【０１１４】
プーリ収納体３００には、その本体部（電極）３００ａと連結シャフト４８に接続する接続前方部（導通体）３００ｂとを絶縁する絶縁部材５０４（樹脂やゴム、セラミック等）が設けられている。電極５０２は本体部３００ａに一体的に接続されており、該本体部３００ａは、電気的には電極５０２の一部である。
【０１１５】
接続前方部３００ｂは、高さ方向では、プーリ収納体３００の下端部から略中間部までを占め、前後方向では、前端部から嵌合孔２０２ａを含む位置までを占めており、絶縁部材５０４によって他の部分から絶縁されている。
【０１１６】
嵌合孔２０２ａの内周面には、前記の絶縁部材３２３が省略されており、該嵌合孔２０２ａはアライメントピン２１２ａに接触する。嵌合孔２０２ａとアライメントピン２１２ａは、適切に接触可能なように適度な公差に設定されている。ここで、アライメントピン２１２ａの下端略１／４程度の部分は、絶縁部５０６となっている。
【０１１７】
このように構成される作業部５００ａでは、図１４に示すように、アクチュエータブロック３０から取り外されているときには、電極５０２に電力供給線４０４の電極コネクタ４０６を接続していても、該電極５０２は、絶縁部材５０４によって接続前方部３００ｂ、連結シャフト４８及び先端動作部１２に対して絶縁されており、仮にフットスイッチ４０８を踏んでも先端動作部１２に電圧は印加されない。
【０１１８】
図１５に示すように、接続部１５をアクチュエータブロック３０に装着したときには、電極５０２は、プーリ収納体３００、絶縁部５０６を除くアライメントピン２１２ａ、接続前方部３００ｂ及び先端動作部１２に対して導通状態となり、この時点でフットスイッチ４０８を踏むと、該先端動作部１２まで通電され、必要な手技がなされる。
【０１１９】
すなわち、アライメントピン２１２ａは、アクチュエータブロック３０と作業部１６との着脱に連動し、該アクチュエータブロック３０と該作業部１６が接続されているときに嵌合孔２０２ａに嵌合することによりプーリ収納体３００の本体部３００ａと絶縁された接続前方部３００ｂとを導通させ、非接続のときには非導通にするスイッチ部５０８として作用している。
【０１２０】
電極５０２から先端動作部１２に通電する場合、アライメントピン２１２ａの下端部には絶縁部材５０４が設けられていることから、操作部１４に対する絶縁は確保される。
【０１２１】
この場合のスイッチ部５０８は、導通体としての接続前方部３００ｂと電極５０２と一体の本体部３００ａに設けられた嵌合孔２０２ａにアライメントピン２１２ａが嵌合することにより電気的開閉をすることになり、構造が簡便であるとともに、アライメントピン２１２ａをスイッチングに共用的に用いることができる。
【０１２２】
すなわち、アライメントピン２１２ａは、ロッキングプレート３０４を駆動する機能、嵌合孔２０２ａに嵌合してプーリ収納体３００を安定して保持する機能、及びスイッチング機構を有しており、部品点数を低減できる合理的な構造である。
【０１２３】
この場合のアライメントピン２１２ａ又は嵌合孔２０２ａの各接触表面には、適度な弾性を持たせて、一層確実な接触を図ってもよい。アライメントピン２１２ａ及び嵌合孔２０２ａの一組の嵌合対だけでなく、例えば、アライメントピン２１２ｂ及び嵌合孔２０２ｂの嵌合対をスイッチングに併用してもよい。
【０１２４】
次に、第２の変形例に係る作業部５００ｂについて説明する。
【０１２５】
図１６、図１７及び図１８に示すように、第２の変形例に係る作業部５００ｂは、ロッキングプレート（連動機構）３０４の前端上面に設けられた上方に延在する短いプッシャ５１０と、該プッシャ５１０よりやや基端側上面に設けられた電極５１２と、カバー３７に設けられた開閉蓋５１４とを有する。
【０１２６】
開閉蓋（連動機構）５１４は、プッシャ５１０及び電極５１２の上方部に設けられており、プッシャ５１０の上方部は細いアーム形状であり、電極５１２の上方部は電極コネクタ４０６よりやや大径の円形部５１４ａとなっている。
【０１２７】
この円形部５１４ａの周囲では、カバー３７は水平の座面５１６を形成している。開閉蓋５１４は、前方（Ｚ１方向）の端部のヒンジ５１４ｂに図示しない弾性部材が設けられており、作業部５００ｂがアクチュエータブロック３０から取り外されているときに該弾性体の弾性によって閉状態に保たれている。また、人手によって開閉蓋５１４を持ち上げられることのないように、円形部５１４ａと座面５１６はほとんどすきまのないフラットな面を形成している。これにより、作業部５００ｂがアクチュエータブロック３０から取り外されているときには、電極５１２は外部から遮蔽されており、電力供給線４０４が接続されない。このとき、プッシャ５１０の上端は、ヒンジ５１４ｂの近傍直下に配置されている。
【０１２８】
一方、作業部５００ｂに対応する電極コネクタ４０６には、座面５１６にストッパとして当接するフランジ５１８が設けられている。従って、仮に、開閉蓋５１４が何らかの手段によって強制的に開かれたとしても、電極コネクタ４０６はフランジ５１８が座面５１６に当接する位置までしか挿入できず、下方に退避している電極５１２には接続され得ない。
【０１２９】
図１８に示すように、作業部５００ｂの接続部１５を操作部１４のアクチュエータブロック３０に装着すると、前記の作業部１６の場合と同様に、作業部５００ｂ内でロッキングプレート３０４は相対的に上昇する。そうすると、電極５１２及びプッシャ５１０は、ロッキングプレート３０４と一体構造であることから同時に上昇をする。
【０１３０】
プッシャ５１０の先端は、開閉蓋５１４のアーム根元部を押し上げ、該開閉蓋５１４は大きく開き、内部の電極５１２が露呈される。電極５１２は上昇して、開閉蓋５１４が解放された座面５１６より上方に適度に突出する。これにより、電極５１２に対して電力供給線４０４の電極コネクタ４０６を接続可能になる。電極コネクタ４０６は、フランジ５１８が座面５１６に当接することによって、電極５１２との嵌合深さが適切に規定される。電極５１２に電極コネクタ４０６を接続した後、フットスイッチ４０８を踏むことにより、先端動作部１２に対して通電可能となる。
【０１３１】
逆に、作業部５００ｂをアクチュエータブロック３０から取り外すときには、プッシャ５１０及び電極５１２は、作業部５００ｂ内でロッキングプレート３０４とともに相対的に下降する。そうすると、図１６に示す状態に戻り、開閉蓋５１４が閉じて電極５１２を覆う。また、仮に、電極コネクタ４０６を電極５１２に接続したまま作業部５００ｂを取り外しても、図１６の仮想線で示すように、該電極コネクタ４０６はフランジ５１８によって位置決めされていることから、それよりも下方へ引き下げられることはなく、電極５１２だけが下降する。これにより、電極コネクタ４０６は電極５１２から自動的に抜き取られることになる。
【０１３２】
上述したように、作業部５００ｂによれば、基端側の電極５１２と先端動作部１２との間に、アクチュエータブロック３０と作業部５００ｂとの着脱に連動する連動機構としての開閉蓋５１４及びロッキングプレート３０４を設けている。これらの連動機構により、作業部５００ｂをアクチュエータブロック３０から取り外しているときには電極５１２と電極コネクタ４０６は接続されない状態になり、先端動作部１２に対する通電を防止することができる。
【０１３３】
また、アクチュエータブロック３０に作業部５００ｂが装着され、且つ、電極５１２に電極コネクタ４０６が接続されている状態から、作業部５００ｂをアクチュエータブロック３０から取り外すときに、座面５１６は、電極コネクタ４０６のフランジ５１８を押圧して該電極コネクタ４０６を電極５１２から抜くストッパとして作用し、先端動作部１２に対する一層確実な通電防止を図ることができる。
【０１３４】
次に、第３の変形例に係る作業部５００ｃについて説明する。
【０１３５】
図１９及び図２０に示すように、第３の変形例に係る作業部５００ｃは、プーリ収納体３００の前端上部に設けられた回転支持台５２０と、該回転支持台５２０に一端が軸支されたアーム５２２と、アーム５２２の傾動に応じて昇降する電極５２４と、アーム５２２の上面に設けられたプッシャ５２６と、開閉蓋５１４とを有する。開閉蓋５１４は、前記の作業部５００ｃのものと同構造であり、プッシャ５２６が押圧することによって開く。
【０１３６】
アーム５２２の先端側には、電極５２４の突起５２４ａが挿入された長孔５２２ａが設けられており、ロッキングプレート３０４の端部がアーム５２２の近端近傍部を押圧して、該アーム５２２が図２０の反時計方向に傾動することによって、突起５２４ａが押し出されて電極５２４が上方に移動する。
【０１３７】
アーム５２２は、回転支持台５２０との軸支部分に図示しない弾性部材が設けられており、ロッキングプレート３０４が下降しているときに該弾性体の弾性によって時計方向に付勢され、変位しており、電極５２４は下方に退避している。
【０１３８】
電極５２４は、上下方向に昇降するように、カバー３７の一部であるガイド孔５２８によってガイドされている。ガイド孔５２８は、座面５１６の下側が適度に厚く形成された部分に設けられている。ロッキングプレート３０４が上昇したときには、電極５２４は座面５１６よりも適度に突出し、ロッキングプレート３０４が下降したときには、電極５２４は座面５１６よりも下方に退避している。
【０１３９】
このような作業部５００ｃは、前記の作業部５００ｂと同様に、アクチュエータブロック３０から取り外しているときには電極５２４が下方に退避しており、しかも開閉蓋５１４が閉じていることから電極コネクタ４０６を電極５２４に接続することを防止できる。作業部５００ｃをアクチュエータブロック３０に装着しているときには電極５２４が座面５１６より上方に突出し、しかも開閉蓋５１４が開くことから電極コネクタ４０６を電極５２４に接続できる。作業部５００ｃを再度取り外すと、フランジ５１８が座面５１６に当接して電極コネクタ４０６は電極５２４から抜き取られる。また、アーム５２２は、いわゆる梃子の原理によってロッキングプレート３０４の変位量を拡大して電極５２４を移動させるので、該電極５２４は十分な移動量が得られ、電極コネクタ４０６を接続しやすい。
【０１４０】
電極５２４と連結シャフト４８との間の抵抗低減及び導通路を確保するために、この間にはバイパス導線５３０を設けててもよい。
【０１４１】
次に、図２１に本実施の形態に係る医療用マニピュレータシステム６００を示す。
【０１４２】
医療用マニピュレータシステム６００は、前記のシステム（図１参照）と同様に、医療用マニピュレータ１０、コントローラ２７、電力コントローラ４０２を有する。医療用マニピュレータ１０は前記と同様の構成である。
【０１４３】
電力コントローラ４０２に接続されたフットスイッチ４０８には、ノーマルオープンのリレー（通電インターロック部）６０２が設けられており、該リレー６０２がオープンになっているときには、フットスイッチ４０８のオン信号は電力コントローラ４０２に供給されない。リレー６０２が励磁されてクローズになると、フットスイッチ４０８のオン・オフ信号がそのまま電力コントローラ４０２に供給される。
【０１４４】
電力コントローラ４０２には、外部端子６０４から得られる外部信号に基づいて電力供給線４０４への通電を停止させる通電停止部（通電インターロック部）６０６が設けられており、外部信号がオン状態のときに通電を禁止し、オフ状態のときに通電を許可する。
【０１４５】
コントローラ２７には、作業部検出手段１０７の信号に基づき、アクチュエータブロック３０と作業部１６が接続されているときに通電許可信号を出力し、非接続のときには通電禁止信号を出力する通電判断部６０８が設けられている。
【０１４６】
これらの通電許可信号及び通電禁止信号は、二値の信号であり、リレー６０２に対しては励磁、非励磁信号として供給され、外部端子６０４に対してはオン信号、オフ信号として供給される。
【０１４７】
このように、通電判断部６０８が、作業部検出手段１０７の信号に基づき、アクチュエータブロック３０と作業部１６が非接続のときには通電禁止信号を出力することにより、先端動作部１２に対する通電を防止することができる。
【０１４８】
リレー６０２及び通電停止部６０６に相当する通電インターロック部は、フットスイッチ４０８から電力コントローラ４０２に至る経路のいずれかに設けられていればよい。通電インターロック部としての機能は、リレー６０２及び通電停止部６０６のいずれか一方だけでもよい。リレー６０２の機能（例えば、ソフトウェアによる機能）はコントローラ２７に設けておき、フットスイッチ４０８の信号を該コントローラ２７を介して電力コントローラ４０２に供給してもよい。通電判断部６０８は、バーコード１０４及びカメラ１０６から得られる作業部１６の個体識別情報の種類に応じて通電許可信号及び通電禁止信号のいずれを出力するか判断してもよい。
【０１４９】
上記の各実施形態は、例えば図２２に示すような医療用ロボットシステム７００に適用してもよい。
【０１５０】
医療用ロボットシステム７００は、多関節型のロボットアーム７０２と、コンソール７０４とを有し、作業部７０６はロボットアーム７０２の先端に接続されている。ロボットアーム７０２の先端には前記の医療用マニピュレータ１０と同様な機構を有するマニピュレータ７０８が設けられている。ロボットアーム７０２は、作業部７０６を移動させる手段であればよく、据置型に限らず、例えば自律移動型でもよい。コンソール７０４は、テーブル型、制御盤型等の構成を採りうる。
【０１５１】
ロボットアーム７０２は、独立的な６以上の関節（回転軸やスライド軸等）を有すると、作業部７０６の位置及び向きを任意に設定できて好適である。先端のマニピュレータ７０８は、ロボットアーム７０２の先端部７１０と一体化している。マニピュレータ７０８は、前記のアクチュエータブロック３０（図１参照）の代わりに、基端側が前記先端部７１０に連結されると共に、内部にモータ４０ａ、４０ｂ及び４０ｃ（図１５では図示せず）を収納したアクチュエータブロック７１２を有する。
【０１５２】
ロボットアーム７０２は、コンソール７０４の作用下に動作し、プログラムによる自動動作や、コンソール７０４に設けられたジョイスティック７１４に倣った操作、及びこれらの複合的な動作をする構成にしてもよい。コンソール７０４は、前記のコントローラ２７（図１参照）の機能を含んでいる。作業部７０６には、前記の先端動作部１２が設けられている。
【０１５３】
コンソール７０４には、操作指令部としての２つのジョイスティック７１４と、モニタ７１６が設けられている。図示を省略するが、２つのジョイスティック７１４により、２台のロボットアーム７０２を個別に操作が可能である。２つのジョイスティック７１４は、両手で操作しやすい位置に設けられている。モニタ７１６には、内視鏡による画像等の情報が表示される。
【０１５４】
ジョイスティック７１４は、上下動作、左右動作、捻り動作、及び傾動動作が可能であり、これらの動作に応じてロボットアーム７０２を動かすことができる。ジョイスティック７１４はマスターアームであってもよい。ロボットアーム７０２とコンソール７０４との間の通信手段は、有線、無線、ネットワーク又はこれらの組合わせでよい。
【０１５５】
本発明に係る医療用マニピュレータ及び医療用マニピュレータシステムは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本実施の形態に係るマニピュレータの斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るマニピュレータの構成の組合わせに係る説明図である。
【図３】作業部と操作部とを分離したマニピュレータの側面図である。
【図４】操作部の斜視図である。
【図５】先端動作部の斜視図である。
【図６】作業部の接続部と操作部のアクチュエータブロックとを分離した状態を斜め下方から見た一部省略分解斜視図である。
【図７】接続部の一部省略分解斜視図である。
【図８】接続部とアクチュエータブロックの装着中の一部断面斜視図である。
【図９】接続部とアクチュエータブロックの装着前の一部断面側視図である。
【図１０】接続部とアクチュエータブロックの装着中の一部断面側面図である。
【図１１】接続部とアクチュエータブロックを装着した状態での一部断面側面図である。
【図１２】接続部をアクチュエータブロックから取り外す際に、２つの操作面を同時に押圧する状態のマニピュレータの正面図である。
【図１３】ブレード型の先端動作部の斜視図である。
【図１４】第１の変形例に係る作業部がアクチュエータブロックから取り外されている状態の側面図である。
【図１５】第１の変形例に係る作業部がアクチュエータブロックに装着されている状態の側面図である。
【図１６】第２の変形例に係る作業部がアクチュエータブロックから取り外されている状態の側面図である。
【図１７】第２の変形例に係る作業部がアクチュエータブロックに装着されている状態の側面図である。
【図１８】第２の変形例に係る作業部の一部拡大斜視図である。
【図１９】第３の変形例に係る作業部がアクチュエータブロックから取り外されている状態の側面図である。
【図２０】第３の変形例に係る作業部がアクチュエータブロックに装着されている状態の側面図である。
【図２１】作業部検出手段の信号に基づき、通電インターロック部を制御する医療用マニピュレータの斜視図である。
【図２２】マニピュレータをロボットアームの先端に接続した医療用ロボットシステムの斜視図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１０…医療用マニピュレータ                  １２…先端動作部
１４、１４ａ〜１４ｄ…操作部                １５…接続部
１６、１６ａ〜１６ｄ、５００ａ〜５００ｃ、７０６…作業部
２７…コントローラ
３０、７１２…アクチュエータブロック（アクチュエータ部）
４０ａ〜４０ｃ…モータ                      ４８…連結シャフト（導通体）
５０ａ〜５０ｃ…プーリ                      ５４ａ〜５４ｃ…ワイヤ
６０…フック型メス                          １０７…作業部検出手段
２１２ａ〜２１２ｃ…アライメントピン        ３００…プーリ収納体
３００ａ…本体部                            ３００ｂ…接続前方部
３０４…ロッキングプレート（移動体、連動機構）
４００、５０２、５１２、５２４…電極        ４０２…電力コントローラ
４０４…電力供給線                          ４０６…電極コネクタ
４０８…フットスイッチ（通電指示スイッチ）  ４１０…電極板
４２０…突出部                              ４２２…内部延在部
４２４…コイルスプリング（弾性体）          ４２６、５０８…スイッチ部
５０４…絶縁部材                            ５０６…絶縁部
５１４…開閉蓋（連動機構）                  ５１６…座面
５１８…フランジ                            ６００…医療用マニピュレータシステム
６０２…リレー（通電インターロック部）
６０６…通電停止部（通電インターロック部）  ６０８…通電判断部
７００…医療用ロボットシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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